НАПІВМАРКОВСЬКЕ ОЦІНЮВАННЯ ГАРАНТОСПРОМОЖНОСТІ ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ КРИТИЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ

В. В. Ковтун

doi:10.31649/1997-9266-2019-143-2-61-77

Автор(и)

В. В. Ковтун

Вінницький національний технічний університет ROR

DOI https://doi.org/10.31649/1997-9266-2019-143-2-61-77

Ключові слова

інформаційна система критичного застосування гарантоспроможність система з багатьма станами стохастичне моделювання

Анотація

Інформаційну систему критичного застосування (ІСКЗ) можна класифікувати як комплексну, розгалужену інформаційну системи яка працює у програмно-апаратному середовищі мережевої клієнт-серверної системи. Якщо оцінювання гарантоспроможності апаратної складової ІСКЗ можна виконати застосувавши відомі, апробовані, коректні методи, то оцінювання гарантоспроможності інформаційної її складової вимагає додаткових досліджень, пов’язаних зі специфічними особливостями архітектури системи, з критичним її застосуванням. Зокрема, об’єктно-орієнтованого опису потребують такі індикатори гарантоспроможності як надійність, відновлюваність, структурна надлишковість, а також, необхідно врахувати специфічну інтерпретацію поняття функціонального стану такої системи. Аналіз результатів інформаційного пошуку показав, що оптимальним з позиції врахування архітектурних особливостей ІСКЗ та специфіки перебігу процесу її функціонування виявляється побудова моделей для оцінювання її гарантоспроможності на основі математичного апарату мереж Маркова. Отже, вперше запропоновано комплекс керованих напівмарковських моделей, які описують динаміку процесу функціонування інформаційної системи критичної застосування, у яких, на відміну від існуючих, модельовану систему розглянуто як систему з багатьма станами, у напівмарковському описі якої узгоджуються стани, описувані різними розподілами, що дозволило формалізувати оцінювання максимуму функції правдоподібності і параметрів напівмарковського процесу, який описує життєвий цикл ІСКЗ, для можливих типів розподілів його станів, ідентифікувати функції марковського відновлення і напівмарковської перехідної матриці цього процесу та сформулювати вирази для розрахунку індикаторів гарантоспроможності модельованої системи. У статті синтезовано вирази для розрахунку правдоподібності для нецензурованих і цензурованих визначених відрізків напівмарковських процесів з однією та багатьма траєкторіями розвитку, які моделюють життєвий цикл ІСКЗ. Синтезовано вирази для оцінювання максимальної правдоподібності і оцінювання параметрів вихідного класу розподілів, базових для визначеного напівмарковського процесу. Отримано вирази для оцінювання таких інтегральних характеристик гарантоспроможності ІСКЗ як надійність, доступність, ремонтопридатність, інтенсивність відмов і середня тривалість безвідмовної роботи системи у формалізмі отриманих напівмарковських моделей. Аналітично доведено коректність отриманих оцінок параметрів напівмарковського процесу, який моделює роботу інформаційної системи критичного застосування. Проведено емпіричні дослідження, у яких апробовано запропоновану методику оцінювання гарантоспроможності ІСКЗ, які довели, зокрема, що аналітична оцінка надійності модельованої системи наближається до реального значення цієї характеристики зі зростанням інтервалу спостереження за функціонуванням ІСКЗ, а довірчий інтервал для розрахованої на основі запропонованих моделей надійності накриває дійсне значення цієї характеристики.

578 256

Як цитувати

[1]

«НАПІВМАРКОВСЬКЕ ОЦІНЮВАННЯ ГАРАНТОСПРОМОЖНОСТІ ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ КРИТИЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ», Вісник ВПІ, вип. 2, с. 61–77, Квіт 2019, doi: 10.31649/1997-9266-2019-143-2-61-77.

Завантажити посилання

Біографія автора

автор В. В. Ковтун, афіліація Вінницький національний технічний університет

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри комп’ютерних систем управління

Посилання

В. В. Ковтун, «Концепція впровадження автоматизованої системи розпізнавання мовця у процес автентифікації для доступу до критичної системи,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, Вінниця, № 5, с. 41-52. 2018. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2018-140-5-41-52.

V. V. Kovtun et al., “The automated speaker recognition system of critical use,” Proc. SPIE 10808, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments 2018, 108082V. https://doi.org/ 10.1117/12.2501688.

W. Zamojski, and J. Sugier, Dependability Problems of Complex Information Systems, Heidelberg, Germany: Springer Cham Heidelberg, 2015, P. 194. https://doi.org/10.1007/978-3-319-08964-5.

Mario Tokoro, Open Systems Dependability: Dependability Engineering for Ever-Changing Systems, Second Edition, Boca Raton, USA: CRC Press, 2015, P. 288.

O. V. Bisikalo, V. V. Kovtun, M. S. Yukhimchuk, and I. F. Voytyuk, “Analysis of the automated speaker recognition system of critical use operation results,” Radio Electronics, Computer Science, Control, Zaporizhzhia. №4, pp. 71-84. 2018. https://doi.org/10.15588/1607-3274-2018-4-7.

Krzysztof Kolowrocki, and Joanna Soszynska-Budny, “Introduction to safety analysis of critical infrastructures,” International Conference on Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and Safety Engineering, Chengdu, China, 2012, pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/ICQR2MSE.2012.6246177.

Barry Boehm, LiGuo Huang, Apurva Jain, and Ray Madachy, “The Nature of Information System Dependability: A Stakeholder/Value Approach” [Online]. Available: http://csse.usc.edu/TECHRPTS/2004/usccse2004-520/usccse2004-520.pdf. Accessed on: February 28, 2019.

Nikola Samec, and Alen Jakupović, “Methods and software for estimation of information system dependability,” 37th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), Opatija, Croatia. 2014, pp. 1281-1285. https://doi.org/10.1109/MIPRO.2014.6859723.

Hwee-Pink Tan, and Austin Zhang, “Real-world large-scale IoT systems for community eldercare: A comparative study on system dependability,” International Conference on Information Networking (ICOIN), Chiang Mai, Thailand, pp. 880-885, 2018. https://doi.org/ 10.1109/ICOIN.2018.8343248.

Yi Qian, David Tipper, Prashant Krishnamurthy, and James Joshi, Information Assurance: Dependability and Security in Networked Systems. San Francisco, USA: Morgan Kaufmann Publishers Inc, p. 576, 2008.

Jacek Mazurkiewicz, “Agent Approach to Network Systems Dependability Analysis in Case of Critical Situations,” Zamojski W., Sugier J. (eds) Dependability Problems of Complex Information Systems. Advances in Intelligent Systems and Computing Springer, Cham, vol. 307, pp. 73-89, 2015. https://doi.org/10.1007/978-3-319-08964-5_5.

Zhibao Mian, Leonardo Bottaci, Yiannis Papadopoulos, Septavera Sharvia, and Nidhal Mahmud, “Model Transformation for Multi-objective Architecture Optimisation of Dependable Systems,” Zamojski W., Sugier J., Eds. Dependability Problems of Complex Information Systems. Advances in Intelligent Systems and Computing, Springer, Cham, vol. 307, pp. 91-110, 2015. https://doi.org/10.1007/978-3-319-08964-5_6.

Li Rui, Yu Tao, and Fang Ming-lun, “Reliability management for information system,” Journal of Shanghai University, vol. 9, iss. 3, pp. 268-274, 2005. https://doi.org/10.1007/s11741-005-0091-1.

Franciszek Grabski, “Semi-Markov Processes: Applications in System Reliability and Maintenance. 1st Edition,” Elsevier, 2014, p. 270. https://doi.org/10.1016/C2013-0-14260-2.

Nikolaos Limnios, “Dependability analysis of semi-Markov systems,” Reliability Engineering and System Safety, Elsevier, Northern Ireland, vol. 55, pp. 203-207, 1999. https://doi.org/10.1016/S0951-8320(96)00121-4.

Vandana Gupta1, and S. Dharmaraja, “Semi-Markov modeling of dependability of VoIP network in the presence ofresource degradation and security attacks,” Reliability Engineering and System Safety, Elsevier, Northern Ireland, vol. 96, pp. 1627-1636, 2011. https://doi.org/10.1016/j.ress.2011.08.003.

Jorge E. Hurtado, and Diego A. Alvarez, “Neural-network-based reliability analysis: a comparative study,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 191, iss. 1-2, pp. 113-132, 2001. https://doi.org/ 10.1016/S0045-7825(01)00248-1.

Chih-Hong Cheng, Chung-Hao Huang, and Georg N ̈uhrenberg, “nn-dependability-kit: Engineering NeuralNetworks for Safety-Critical Systems” [Online]. Available: https://github.com/dependable-ai/nn-dependability-kit. Accessed on: March 05, 2019.

І. І. Горбань, Теорія ймовірностей і математична статистика для наукових працівників та інженерів. Київ: Національна академія наук України, Інститут проблем математичних машин і систем, 2003, 244 c.

Nikolaos Limnios, “Reliability Measures of Semi-Markov Systems with General State Space,” Methodology and Computing in Applied Probability, vol. 14, iss. 4, pp. 895-917. 2012. https://doi.org/10.1007/s11009-011-9211-5.